工程神經(jīng)細(xì)胞研究健康和疾病中形狀和功能之間的關(guān)系

弗朗西斯·克里克研究所和倫敦國王學(xué)院的研究人員表明，神經(jīng)細(xì)胞的長度與其功能密切相關(guān)。他們的準(zhǔn)確模型允許研究這些細(xì)胞中的結(jié)構(gòu)和功能過程，為神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供重要的見解。

脊髓中的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元是幾種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的靶點(diǎn)，例如肌萎縮側(cè)索硬化癥 (ALS)。由于極長的軸突，從細(xì)胞延伸出來的纖細(xì)纖維，它們的長度可達(dá) 1m。先前已經(jīng)觀察到疾病的早期跡象首先出現(xiàn)在軸突的末端，并且較長的軸突在較短的軸突之前顯示出功能障礙的跡象。因此，研究長軸突可以更好地了解一些神經(jīng)系統(tǒng)疾病。然而，迄今為止，實(shí)驗(yàn)室中的研究使用的細(xì)胞比我們體內(nèi)的細(xì)胞要短得多。

在發(fā)表于Advanced Healthcare Materials(2 月 3 日，星期四)的研究中，科學(xué)家們開發(fā)了一個(gè)生物工程平臺(tái)，使他們能夠在不改變其他有意義的特征的情況下，培養(yǎng)具有特定軸突長度的人類運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，從數(shù)百微米到 1 厘米及以上.

Andrea Serio 博士是克里克大學(xué)神經(jīng)回路生物工程和疾病建模實(shí)驗(yàn)室的主要作者和組長，也是國王學(xué)院神經(jīng)組織工程講師，他說：“能夠以可控的方式將人類運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元長到 1 厘米甚至更遠(yuǎn)，提供了一個(gè)比僅使用幾毫米甚至幾百微米長的細(xì)胞更好的模型。從根本上說，我們想要解決的一個(gè)簡單問題是，“它們得到多長時(shí)間有關(guān)系嗎?”

“答案是肯定的。這是第一次證明神經(jīng)元的長度與其功能密切相關(guān)。我們將繼續(xù)開發(fā)我們的平臺(tái)，希望將這些細(xì)胞長到更長的長度，即更能代表它們在身體中的大小。”

使用他們的新平臺(tái)，包括在微制造基板上生長神經(jīng)元，研究人員能夠決定將這些細(xì)胞生長到什么長度。

他們比較了不同長度的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，從 2 毫米到 1 厘米。在超過 5 毫米長的細(xì)胞中，它們維持細(xì)胞活性、穩(wěn)定性和新陳代謝的方式發(fā)生了顯著變化。例如，在這個(gè)長度之上，神經(jīng)元有更多的線粒體，它們也更有可能留在同一位置而不是四處移動(dòng)。在較長神經(jīng)元的某些部分，更多的這些細(xì)胞器是圓形的，而不是細(xì)長的。

Cathleen Hagemann，第一作者和博士。Crick and King's 神經(jīng)回路生物工程和疾病建模實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生說：“我們的研究開始回答神經(jīng)元形狀是否重要以及細(xì)胞功能是否適應(yīng)它的問題。迄今為止的結(jié)果支持這一假設(shè)。有一個(gè)大約 5 毫米的閾值長度，超過該長度，細(xì)胞中的一些關(guān)鍵生物過程會(huì)發(fā)生變化或適應(yīng)。”

安德里亞補(bǔ)充說：“最有趣的發(fā)現(xiàn)之一是神經(jīng)元需要達(dá)到的‘閾值長度’的想法，本質(zhì)上，在它們的新陳代謝和某些機(jī)制中切換齒輪。如果你將細(xì)胞與城市進(jìn)行比較，你會(huì)期望一個(gè)設(shè)計(jì)良好的小城市，其基礎(chǔ)設(shè)施與大城市有很大不同，例如，運(yùn)輸方式和需要多少能源。一旦達(dá)到一定規(guī)模，基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)就會(huì)發(fā)生變化以適應(yīng)新的挑戰(zhàn)。

標(biāo)簽：